(57)【要約】【課題】所望の領域のみに精度よく圧電体及び電極を形成できる圧電型アクチュエータの製造方法、該圧電型アクチュエータの製造方法で製造される圧電型アクチュエータ、並びに各装置を提供する。【解決手段】基板上に圧電体素子を形成する圧電型アクチュエータの製造方法として、シリコン基板５１に設けられた共通電極４表面の圧電体素子形成領域５ａを囲む凹部５を有する隔壁層３を設ける工程と、前記凹部５に圧電体材料を含む圧電体ゾルゲル液７ａをインクジェット法により塗布して圧電体７を形成する工程と、前記凹部５の前記圧電体７上に電極材料を含む液体をインクジェット法により塗布して対向電極を形成する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に圧電体素子を形成する圧電型アクチュエータの製造方法において、
前記基板に設けられた電極層表面の所定領域を囲む凹部を有する隔壁層を設ける工程と、
前記凹部に圧電体材料を含む液体をインクジェット法により塗布して圧電体を形成する工程と、
前記凹部の前記圧電体上に電極材料を含む液体をインクジェット法により塗布して対向電極を形成する工程と、
を備えることを特徴する圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記対向電極を形成した後に、前記隔壁層を除去する工程を備えることを特徴する請求項１に記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記隔壁層の仕切り幅を０．０３〜０．１０μｍとすることを特徴とする請求項１に記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記隔壁層を無機材料からなるものとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記隔壁層を耐湿性材料からなるものとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記隔壁層をシリコン窒化物からなるものとすることを特徴とする請求項５に記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法により製造されてなることを特徴とする圧電型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電型アクチュエータを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに記録液を供給する液体タンクと、を備えることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項１０】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項９に記載の液体カートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより液体を輸送することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１２】
請求項７に記載の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより光の反射方向を変化させることを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いた圧電型アクチュエータの製造方法と、該製造方法により製造されてなる圧電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、インクジェット記録装置などの画像形成装置、液体の微小流量を搬送、移送に用いるマイクロポンプ及びプロジェクタに用いる光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタやファクシミリ装置、複写装置、プロッタ等の画像記録装置あるいは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、インク流路とも称される）と、この液室内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段を備え、アクチュエータ手段で発生するエネルギーによって液室内の記録液に圧力を作用させてノズルから液滴を吐出させる。
【０００３】
液滴吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いるものがあり、この中でも圧電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドは、高速化、高密度化、液滴粘度への対応性において、他の方式の液滴吐出ヘッドに比べ優位であることから、現在開発が盛んに行われている。
【０００４】
この圧電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドにおいては、圧電素子の寸法（特に短辺長、厚さ）精度が液滴吐出特性に大きく影響を及ぼし、特にインクジェットヘッドの場合、各アクチュエータの特性のバラツキが大きければ、印字精度、画質の再現性が著しく低下することとなる。また、更なる画素の高密度化に伴い、圧電素子の寸法精度も益々高い精度が求められている。
【０００５】
従来のインクジェットヘッドとしては、例えば特許文献１〜３に記載されるように、基板に成膜される圧電素子の寸法精度を向上させる為にＡＤ（エアロゾルデポジション）法、ゾルゲル法を用いて、かつ成膜領域を凹部にして、成膜後パターニングするもの(特許文献１)、予め非成膜領域をマスクしてから圧電素子材料を成膜、その後マスク材を除去する方法(特許文献２)、圧電素子材料を成膜する基板上に圧電体素子材料を成膜する成膜許容領域と、成膜を阻害する成膜阻害領域を設ける方法(特許文献３)により、圧電体素子の寸法バラツキを抑制することが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている圧電型アクチュエータの製造方法では、圧電体素子材料を成膜する領域（基板）に凹部を形成し、圧電体材料を成膜後さらにパターニングする為、パターニング時の加工寸法誤差(バラツキ)が大きくなる。また、パターニング工程として前記凹部形成と圧電体素子材料のパターニングの２つが必要となり、工程増加に伴うコストアップと歩留まりへの影響が懸念される。
【０００７】
また、特許文献２に記載されている圧電型アクチュエータの製造方法では、圧電体材料を基板上に選択的に形成する為に予め圧電体を形成しない領域にレジストパターンを形成しておき、その後ＡＤ法で圧電体材料を成膜した後にレジストパターンを除去し、所望の領域のみに圧電体材料を成膜する。しかし、この方法では、レジストパターン上にも高いエネルギーを有する圧電体材料が吹き付けられ堆積、結晶化する可能性があるので、レジストを除去するときに残渣として基板表面に残存したり、圧電体材料を分断したりすることになり、基板上の圧電体材料に欠けやクラックを生じたりする恐れがあった。
【０００８】
また、特許文献３に記載されている圧電型アクチュエータに製造方法では、圧電体材料を基板上にＡＤ法で成膜する前に予め圧電体材料の成膜許容領域と阻害領域を表面硬度の異なる材料で形成している。この方法では、表面材料、及びその組合せが限定されること、ＡＤ法の機構から考えて阻害領域にも圧電材料は少なからず成膜されてしまう為、阻害領域に成膜された圧電材料を結局は除去する工程を追加する必要があり、製造コスト、歩留まりに影響を及ぼす可能性がある。また、阻害領域に堆積した圧電材料は、アニール時に剥がれることもあり、剥がれたものが異物として基板上に残存すると製品歩留まりの低下を招くこともある。
【０００９】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、予め圧電体材料を成膜する領域を隔壁で囲んで凹部として形成し、液滴吐出(インクジェット)法を適用することにより、所望の領域のみに精度よく圧電体及び電極を形成できる圧電型アクチュエータの製造方法、該圧電型アクチュエータの製造方法で製造される圧電型アクチュエータを提供することを目的とする。また、前記圧電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置、及び前記圧電型アクチュエータを用いたマイクロポンプ、光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕  基板（アクチュエータ基板１）上に圧電体素子（圧電体素子９）を形成する圧電型アクチュエータの製造方法において、前記基板に設けられた電極層（共通電極４）表面の所定領域（圧電体素子形成領域５ａ）を囲む凹部（凹部５）を有する隔壁層（隔壁層３）を設ける工程（図１（ｂ））と、前記凹部に圧電体材料を含む液体（圧電体ゾルゲル液７ａ）をインクジェット法により塗布して圧電体（圧電体７）を形成する工程（図１（ｃ））と、前記凹部の前記圧電体上に電極材料を含む液体（個別電極ゾルゲル液８ａ）をインクジェット法により塗布して対向電極（個別電極８）を形成する工程（図２（ｄ））と、を備えることを特徴する圧電型アクチュエータの製造方法（図１〜図５）。
〔２〕  前記対向電極を形成した後に、前記隔壁層を除去する工程を備えることを特徴する前記〔１〕に記載の圧電型アクチュエータの製造方法（図２（ｅ））。
〔３〕  前記隔壁層の仕切り幅を０．０３〜０．１０μｍとすることを特徴とする前記〔１〕に記載の圧電型アクチュエータの製造方法（図４（ｂ））。
〔４〕  前記隔壁層を無機材料からなるものとすることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
〔５〕  前記隔壁層を耐湿性材料からなるものとすることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
〔６〕  前記隔壁層をシリコン窒化物からなるものとすることを特徴とする前記〔５〕に記載の圧電型アクチュエータの製造方法。
〔７〕  前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の圧電型アクチュエータの製造方法により製造されてなることを特徴とする圧電型アクチュエータ（図６，図７）。
〔８〕  前記〔７〕に記載の圧電型アクチュエータを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド１０００、図６，図７）。
〔９〕  前記〔８〕に記載の液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに記録液を供給する液体タンクと、を備えることを特徴とする液体カートリッジ（インクカートリッジ８０、図８）。
〔１０〕  前記〔８〕に記載の液滴吐出ヘッドまたは前記〔９〕に記載の液体カートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置（インクジェット記録装置９０、図９，図１０）。
〔１１〕  前記〔７〕に記載の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより液体を輸送することを特徴とするマイクロポンプ（マイクロポンプ２００、図１１）。
〔１２〕  前記〔７〕に記載の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより光の反射方向を変化させることを特徴とする光学デバイス（光学デバイス２１０，２２０、図１２，図１３）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧電型アクチュエータの製造方法によれば、予め形成した隔壁材料で囲まれた凹部の領域のみに、液滴吐出（インクジェット)法で圧電体材料を含む液体と、電極材料を含む液体を塗布することにより、精度良く、かつ再現性良く確実に所望の圧電素子（圧電体）及びその上層の対向電極を形成することができる。また、圧電体、電極層のリソエッチ（リソグラフィエッチング）等によるパターニングが不要である為、量産性と歩留まりを向上でき、圧電型アクチュエータの特性ばらつきを低減することができる。さらに、圧電型アクチュエータの製造コストを低減することもできる。また、圧電体素子形成領域である所定領域を囲む隔壁層を耐湿性に優れた材料からなるものとし、圧電体素子を形成した後にも残存させることにより、動作環境下での圧電体素子の吸湿による特性劣化を防止することができるため、耐久性、信頼性の高い圧電型アクチュエータを得ることができる。
また、本発明の液滴吐出ヘッドによれば、本発明の圧電型アクチュエータの製造方法で製造された圧電型アクチュエータを備えるので、液滴吐出のバラツキを低減して信頼性を向上させることができる。
さらに、本発明の液体カートリッジによれば、本発明の圧電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化することにより、量産性と歩留まりを向上でき、製造コストを低減することができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、本発明の液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを備えているので、該液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を吐出させて画像を記録する際に、インク滴を安定して吐出するから、良質な画像を安定して形成するとともに製造不良が減少して低コスト化を図ることができる。
また、本発明のマイクロポンプによれば、本発明の圧電型アクチュエータの圧電素子で振動板を変形させて液体を輸送することにより、小型で低消費電力のマイクロポンプを実現することができる。
さらに、本発明の光学デバイスによれば、本発明の圧電型アクチュエータの振動板の表面に反射面を形成し、振動板を圧電体素子で変形させて入射光を散乱させることにより、小型で低消費電力の光学デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第１の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程（１）を示す断面図である。
【図２】本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第１の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程（２）を示す断面図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第２の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程（１）を示す断面図である。
【図５】本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第２の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程（２）を示す断面図である。
【図６】本発明に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図７】図６の液滴吐出ヘッドにおける液室短辺方向の断面図である。
【図８】本発明に係る液体カートリッジの外観図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の外観図である。
【図１０】図９のインクジェット記録装置の機構部の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るマイクロポンプの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る光学デバイスの構成を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る光学デバイスの別の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法について説明する。
図１，図２は、本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第１の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。以下、図１，図２を参照しながら、本発明に係る圧電型アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【００１４】
（Ｓ１１）  シリコン基板５１（例えば、板厚４００μｍ）と、該シリコン基板５１上に設けられた埋め込みシリコン酸化膜１１（厚さ５００ｎｍ）と、活性シリコン層１２（厚さ２μｍ）とからなるＳＯＩ基板５０を用意し、活性シリコン層１２の表面を一般的な熱酸化法により３００ｎｍ厚のシリコン酸化膜２を形成する（図１（ａ））。これら埋め込みシリコン酸化膜１１、活性シリコン層１２、及びシリコン酸化膜２は、のちに振動板１０として機能する。次に、ＴｉとＰｔからなる共通電極４をスパッタ法で例えば各々厚さ３０ｎｍと１００ｎｍで成膜する。
（Ｓ１２）  次に、共通電極４上に、隔壁層３となる絶縁体の無機材料の薄膜、好ましくは耐湿性のある絶縁性の無機材料の薄膜として、例えばプラズマＣＶＤ法により後の圧電体素子９の厚さ以上、例えば２μｍ以上となるようにシリコン窒化膜を形成する。ついで、リソエッチ（リソグラフィ及びエッチング）法により、圧電体素子形成領域に相当する部分の隔壁層３を除去して共通電極４を露出させる。これにより、共通電極４の所定領域（圧電体素子形成領域）５ａを底部としてその周囲を絶縁体の無機材料で囲んでなる凹部５が隔壁層３に形成される（図１（ｂ））。
（Ｓ１３）  次に、インクジェットパターニング法（ＩＪＰ法）にて、圧電体の材料を含んだ圧電体ゾルゲル液７ａを凹部５の底部に選択的に塗布し、ついで焼成することにより圧電体薄膜を圧電体素子形成領域５ａ上に形成する。この塗布及び焼成のサイクルを複数回繰り返して、所望の厚さ（例えば１μｍ）の圧電体７を凹部５の底部、すなわち共通電極４の圧電体素子形成領域５ａ上のみに形成する（図１（ｃ））。なお、隔壁層３に対する圧電体ゾルゲル液７ａの濡れ性が低いほうが凹部５の底部である圧電体素子形成領域５ａのみに圧電体７を形成しやすいので好ましい。
【００１５】
（Ｓ１４）  次に、ＩＪＰ法にて、電極材料である金属粒子を含んだ個別電極ゾルゲル液８ａを圧電体７上に塗布して、共通電極４に対向する電極である個別電極８を形成する（図２（ｄ））。なお、個別電極ゾルゲル液８ａで用いられる金属粒子は、金、銀、銅、チタン、白金など溶媒に分散させることができるものであればよい。
（Ｓ１５）  その後、隔壁層３を選択的に除去できる液を用いて除去する。例えばシリコン窒化膜であれば、一般的に知られている熱燐酸で除去する。隔壁層３を除去した後には、共通電極４，圧電体７，個別電極８からなる圧電体素子９が所望の箇所に且つ精度よく形成された構成となる（図２（ｅ））。なお、圧電体素子９と振動板１０からなるものを圧電型アクチュエータと称する。
（Ｓ１６）  次に、後の圧力室２１、共通インク供給口(不図示)、流体抵抗部(不図示)を形成するために、シリコン基板５１を所望の厚さｔになるように、公知の技術で研磨する。研磨法以外にもエッチングなどでもよい（図２（ｆ））。
（Ｓ１７）  次に、シリコン基板５１をエッチングして、圧力室隔壁２２で仕切られた圧力液室２１、共通インク供給口（不図示）、流体抵抗部(不図示)からなるアクチュエータ基板１をリソエッチ法により形成する（図２（ｇ））。特にエッチングでは、ＩＣＰエッチャーを適用することにより、高速にエッチングができ、かつ所望の形状で加工することができる。
（Ｓ１８）  次に、図３に示すように、各圧力室２１に対応する位置にノズル孔３１を形成したノズル板３０を接着剤でアクチュエータ基板１の圧電体素子９とは反対側の面に接合する。ここで、ノズル板３０は、ステンレス、Ｎｉ材、樹脂材等従来から使用されている材料を用いる。このようにして、液滴吐出ヘッド１０００を製造することができる（図２（ｈ））。
【００１６】
以上のように、各圧電体素子形成領域５ａを予め隔壁材料で囲んだ凹部５を有する隔壁層３を形成することにより、ＩＪＰ法で形成する圧電体７及び個別電極８を確実に形成したい領域に形成することができる。またこれにより、圧電型アクチュエータについて、前述したプロセス課題を解決しつつ、所望の特性が得られない等の不具合が防ぐことができ、さらに高精度で信頼性を確保するとともに製造歩留まりを向上させることができる。よって、従来技術では困難であった良好な生産性及び生産効率を有し、寸法制御に優れ、高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド１０００を製造することができる。
【００１７】
つぎに、本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第２の実施の形態について説明する。
図４，図５は、本発明に係る圧電型アクチュエータの製造方法の第２の実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。以下、図４，図５を参照しながら、本発明に係る圧電型アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。
（Ｓ２１）  第１の実施の形態の場合と同様、シリコン基板５１（例えば、板厚４００μｍ）と、該シリコン基板５１上に設けられた埋め込みシリコン酸化膜１１（厚さ５００ｎｍ）と、活性シリコン層１２（厚さ２μｍ）とからなるＳＯＩ基板５０を用意し、活性シリコン層１２の表面を一般的な熱酸化法により３００ｎｍ厚のシリコン酸化膜２を形成する（図４（ａ））。これら埋め込みシリコン酸化膜１１、活性シリコン層１２、及びシリコン酸化膜２は、のちに振動板１０として機能する。次に、ＴｉとＰｔからなる共通電極４をスパッタ法で例えば各々厚さ３０ｎｍと１００ｎｍで成膜する。
（Ｓ２２）  次に、共通電極４上に、隔壁層３となる絶縁体の無機材料の薄膜、好ましくは耐湿性のある絶縁性の無機材料の薄膜として、例えばプラズマＣＶＤ法により後の圧電体素子９の厚さ以上、例えば２μｍ以上となるようにシリコン窒化膜を形成する。ついで、リソエッチ法により、圧電体素子形成領域に相当する部分の隔壁層３を除去して共通電極４を露出させる。これにより、共通電極４の所定領域（圧電体素子形成領域）５ａを底部としてその周囲を絶縁体の無機材料で囲んでなる凹部５が隔壁層３に形成される。またこのとき、隔壁層３の仕切り幅を、プロセスに影響のない範囲で例えば０．０３〜０．１０μｍの範囲で極力薄くしておく（図４（ｂ））。
（Ｓ２３）  次に、ＩＪＰ法にて、圧電体の材料を含んだ圧電体ゾルゲル液７ａを凹部５の底部に選択的に塗布し、ついで焼成することにより圧電体薄膜を圧電体素子形成領域５ａ上に形成する。この塗布及び焼成のサイクルを複数回繰り返して、所望の厚さ（例えば１μｍ）の圧電体７を凹部５の底部、すなわち共通電極４の圧電体素子形成領域５ａ上のみに形成する（図４（ｃ））。なお、隔壁層３に対する圧電体ゾルゲル液７ａの濡れ性が低いほうが凹部５の底部である圧電体素子形成領域５ａのみに圧電体７を形成しやすいので好ましい。
【００１８】
（Ｓ２４）  次に、図２（ｃ）と同様に、ＩＪＰ法にて、電極材料である金属粒子を含んだ個別電極ゾルゲル液８ａを圧電体７上に塗布して、共通電極４に対向する電極である個別電極８を形成する（図５（ｄ））。なお、個別電極ゾルゲル液８ａで用いられる金属粒子は、金、銀、銅、チタン、白金など溶媒に分散させることができるものであればよい。ここで、隔壁層３は除去せず圧電体素子９の一部として残す。これにより、共通電極４，圧電体７，個別電極８からなる圧電体素子９が所望の箇所に且つ精度よく形成された構成となる。なお、圧電体素子９と振動板１０からなるものを圧電型アクチュエータと称する。
（Ｓ２５）  次に、後の圧力室２１、共通インク供給口(不図示)、流体抵抗部(不図示)を形成するために、シリコン基板５１を所望の厚さｔになるように、公知の技術で研磨する。研磨法以外にもエッチングなどでもよい（図５（ｅ））。
（Ｓ２６）  次に、シリコン基板５１をエッチングして、圧力室隔壁２２で仕切られた圧力液室２１、共通インク供給口（不図示）、流体抵抗部(不図示)からなるアクチュエータ基板１をリソエッチ法により形成する（図５（ｆ））。特にエッチングでは、ＩＣＰエッチャーを適用することにより、高速にエッチングができ、かつ所望の形状で加工することができる。
（Ｓ２７）  次に、図３に示すように、各圧力室２１に対応する位置にノズル孔３１を形成したノズル板３０を接着剤でアクチュエータ基板１の圧電体素子９とは反対側の面に接合する。ここで、ノズル板３０は、ステンレス、Ｎｉ材、樹脂材等従来から使用されている材料を用いる。このようにして、液滴吐出ヘッド１０００を製造することができる（図５（ｇ））。
【００１９】
以上のように、第１の実施の形態と同様に、各圧電体素子形成領域５ａを予め隔壁材料で囲んだ凹部５を有する隔壁層３を形成することにより、ＩＪＰ法で形成する圧電体７及び個別電極８を確実に形成したい領域に形成することができる。またこれにより、圧電型アクチュエータについて、前述したプロセス課題を解決しつつ、所望の特性が得られない等の不具合が防ぐことができ、さらに高精度で信頼性を確保するとともに製造歩留まりを向上させることができる。加えて、吸湿バリア層の機能を持つ隔壁層３を残すことにより、使用環境下における圧電体素子９の側壁からの水分の浸入を防ぐことができ、圧電体素子９の吸湿による経時的な機能劣化を防止でき、更なる高い耐久性と信頼性を確保することができる。よって、従来技術では困難であった良好な生産性及び生産効率を有し、寸法制御に優れ、高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド１０００を製造することができる。
【００２０】
つぎに、図６，図７を用いて、図１〜図５に示した本発明の製造方法により得られる圧電型アクチュエータ及び該圧電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの構成について説明する。図６は本発明に係る圧電型アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの斜視図、図７は図６の液滴吐出ヘッドにおける液室短辺方向の断面図である。ここでは、第１の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１０００を図示している。
【００２１】
図に示すように、液滴吐出ヘッド１０００は、圧電体素子９及び振動板１０からなる圧電型アクチュエータを用いてノズル板３０の基板面部に設けたノズル孔３１から液滴を吐出させるサイドシュータータイプのものである。詳しくは、液滴吐出ヘッド１０００は、共通電極４，圧電体７，個別電極８からなる圧電体素子９と、埋め込みシリコン酸化膜１１，活性シリコン層１２、シリコン酸化膜２からなる振動板１０と、圧力室隔壁２２で仕切られた圧力室２１，圧力室２１に液体を供給する為の流体抵抗部４２，共通液室４３を有するアクチュエータ基板１と、液滴を吐出するノズル孔３１を備えたノズル板３０と、から構成されている。
【００２２】
ここで、図６，図７に示すように、振動板１０は、液室となる圧力室２１の一部壁面を形成しており、振動板１０における圧力室２１とは反対面側に共通電極４，圧電体７，個別電極８からなる圧電体素子９が形成されている。また、共通液室４３の振動板１０には、共通インク供給口４１が開口されており、ここから液滴であるインクを外部から供給できるようになっている。
【００２３】
このように形成された液滴吐出ヘッド１０００においては、各圧力室２１内に液体、例えば記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、発振回路により、記録液の吐出を行いたいノズル孔３１に対応する個別電極８に対して、２０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、圧電体７は、電歪効果により圧電体７そのものが振動板１０と平行方向に縮むことにより、振動板１０が圧力室２１方向に撓むことになる。これにより、圧力室２１内の圧力が急激に上昇して、圧力室２１に連通するノズル孔３１から記録液が吐出されるようになる。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ圧電体７が元に戻ることから撓んだ振動板１０は、元の位置に戻るため、圧力室２１内が共通液室４３内に比べて負圧となり、共通液室４３から流体抵抗部４２を介して記録液が圧力室２１に供給される。
以上の動作制御を繰り返すことにより、液滴吐出ヘッド１０００は液滴を連続的に吐出でき、液滴吐出ヘッド１０００に対向して配置した被記録媒体（用紙）に画像を形成することが可能となる。
【００２４】
ところで、前述した本発明の液滴吐出ヘッドに対してインクなどの液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図８に、その液体カートリッジであるインクカートリッジの外観図を示す。このインクカートリッジ８０は、ノズル孔３１等を有する前述した本発明に係る液滴吐出ヘッド１０００と、この液滴吐出ヘッド１０００に対してインクを供給する液体タンクであるインクタンク８２とを一体化したものである。このようにインクタンク８２が一体型の液滴吐出ヘッド１０００の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、および高信頼化することで、インクカートリッジ８０の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ８０の低コスト化を図ることができる。
【００２５】
つぎに、本発明に係る画像形成装置について説明する。
本発明に係る画像形成装置は、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液滴吐出ヘッド又は本発明の一体型液滴吐出ヘッドユニットである液体カートリッジを備えていることを特徴とする。
ここでは、図９及び図１０を用いて、本発明の液滴吐出ヘッド１０００を搭載した画像形成装置であるインクジェット記録装置を実施例として説明する。なお、図９は同記録装置の斜視説明図、図１０は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００２６】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９８、キャリッジ９８に搭載した本発明の液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）１０００、液滴吐出ヘッド１０００へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９３を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙９２を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ９４を有し、給紙カセット９３あるいは手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ９５に排紙する。
【００２７】
印字機後部９１は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(Ｍ）、ブラック(Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッド１０００を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９８には液滴吐出ヘッド１０００に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９９を交換可能に装着している。
【００２８】
インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド１０００へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド１０００へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド１０００としては各色の液滴吐出ヘッド１０００を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個の液出ヘッドでもよい。
【００２９】
ここで、キャリッジ９８は後方側（用紙搬送下流側)を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送上流側)を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９８を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定しており、主走査モーター１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が往復駆動される。
【００３０】
一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液滴吐出ヘッド１０００に下方側に搬送するために、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラー１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラー１０８と、この搬送ローラー１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９及び搬送ローラー１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラー１０８は副走査モーターによってギア列を介して回転駆動される。
【００３１】
そして、キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラー１０８から送り出された用紙９２を液滴吐出ヘッド１０００の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材１１１を設けている。この印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３を設け、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラー１１４と拍車１１５と排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７とを配設している。
【００３２】
このインクジェット記録装置９０で記録時には、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１０００を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙９２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙９２を排紙する。
【００３３】
また、キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド１０００の吐出不良を回復するための回復装置１１８を配置している。回復装置１１８はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９８は印字待機中にはこの回復装置１１８側に移動されてキャップ手段で液滴吐出ヘッド１０００をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持する。
【００３４】
また、吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段で液滴吐出ヘッド１０００の吐出出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともの気泡等を吸出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３５】
このように、このインクジェット記録装置９０においては本発明で製造された液滴吐出ヘッド１０００を搭載しているので、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。なお、ここではインクジェット記録装置９０に液滴吐出ヘッド１０００を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液滴吐出ヘッド１０００を適用してもよい。
【００３６】
つぎに、本発明に係るマイクロポンプについて説明する。
本発明に係るマイクロポンプは、本発明の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより液体を輸送することを特徴とするものである。
【００３７】
図１１は、本発明に係るマイクロポンプの構成を示す断面図である。
マイクロポンプ２００は、２枚の基板２０６，２０７で挟まれて形成された流路２０３において一方の基板２０６に本発明の圧電型アクチュエータを設けたものであり、該圧電型アクチュエータの動作により流路２０３の中を流体を流す構造となっている。図１１では、基板２０６上には、振動板２０２が流路２０３に面して設けられており、さらに振動板２０２において流路２０３とは反対側の面、すなわち振動板２０２と基板２０６の間に流路２０３の液体が流れる方向に複数の圧電体素子２０１が配列されている。
【００３８】
ここで、圧電体素子２０１は、振動板２０２側から順番に、前述した共通電極４，圧電体７，個別電極８が積層されてなるものである。また、振動板２０２は、流路２０３側から順番に、前述した埋め込みシリコン酸化膜１１、活性シリコン層１２、シリコン酸化膜２が積層されてなるものである。
【００３９】
マイクロポンプ２００の動作制御に当たっては、流路２０３内に液体が満たされた状態で、まず図示しない制御部から発振回路により、ある圧電体素子２０１（例えば図中真ん中の圧電体素子２０１）の個別電極８に対して、所定電圧のパルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、圧電体７は、電歪効果により圧電体７そのものが変形することにより、振動板２０２が流路２０３とは反対側方向に撓むことになる。これにより、対象の圧電体素子２０１のある領域の流路２０３内の圧力が負圧となり、右隣の流路２０３から液体が流入するようになる。つぎに、図中真ん中の圧電体素子２０１へのパルス電圧印加終了と同時に、図中左側から２番目の圧電体素子２０１の個別電極８に対してパルス電圧を印加する。これにより、図中真ん中の圧電体素子２０１における変形した圧電体７が元に戻って撓んだ振動板２０２は元の位置に戻るとともに、図中左側から２番目の圧電体素子２０１における圧電体７が変形してその部分の振動板２０２が流路２０３とは反対側方向に撓み、流路２０３において図中真ん中の圧電体素子２０１に対応する部分の液体は、図中左側から２番目の圧電体素子２０１に対応する部分まで送られることになる。このような動作制御を図中右側から順次駆動するように行うことにより、流路２０３内の液体は、矢印２０４方向へ流れが生じて流体の輸送が可能となる。なお、振動板２０２は圧電体素子２０１に対応させて複数設けてもよい。また、輸送効率を上げるために流路２０３中に弁などを設けても良い。
【００４０】
つぎに、本発明に係る光学デバイスについて説明する。
本発明に係る光学デバイスは、本発明の圧電型アクチュエータを備え、該圧電型アクチュエータにより光の反射方向を変化させることを特徴とするものである。
【００４１】
図１２は、本発明に係る光学デバイスの構成を示す断面図である。
光学デバイス２１０は、基板２１６上に、複数の圧電体素子２１１と、該複数の圧電体素子２１１それぞれに対応して設けられる複数の振動板２１２と、を備えている。
【００４２】
ここで、圧電体素子２１１は、振動板２１２側から順番に、前述した共通電極４，圧電体７，個別電極８が積層されてなるものである。また、振動板２１２は、光学デバイス２１０の表面側から順番に、前述した埋め込みシリコン酸化膜１１、活性シリコン層１２、シリコン酸化膜２が積層されてなるものである。また、この振動板２１２の表面はミラーを兼ねており、反射率を増加させるために誘電体多層膜や金属膜を形成すると良い。
【００４３】
光学デバイス２１０において、この光学デバイス２１０上方に設けた光源２１３から出射した光をレンズ２１４を通して振動板２１２表面に照射し、ついで振動板２１２表面に入射した光は、圧電体素子２１１によって振動板２１２を駆動しない場合、入射角と同じ角度で反射して光学デバイス２１０上方に設けた投影用レンズ２１５へ入射するようになっている。
【００４４】
光学デバイス２１０の動作制御では、前述した反射状態にある光学デバイス２１０上の所定位置の圧電体素子２１１（図１２では真ん中の圧電体素子２１１）にパルス電圧を印加して振動板２１２を変形させると、その部分の振動板２１２は凹面ミラーとなるので反射光は発散光となり、投影用レンズ２１５に入射しなくなる。このように光学デバイス２１０の動作制御を行うことにより、光変調デバイスを実現することができる。
【００４５】
図１３は、この光学デバイス２１０を応用した光変調デバイスであり、本発明に係る光学デバイスの別の構成を示す斜視図である。
図１３に示すように、光変調デバイス（光学デバイスともいう）２２０は、光学デバイス２１０を２次元に配置してなるものである。そして、図１２と同様に光源２１３からの光をレンズ２１４を介して振動板２１２に入射し、各振動板２１２を独立に駆動するようになっている。このとき圧電体素子２１１を駆動せず振動板２１２を変形させない部分に入射した光は、投影用レンズ２１５へ入射し、圧電体素子２１１に電圧を印加して振動板２１２を変形させている部分は、該振動板２１２が凹面ミラーとなり、入射した光は発散し投影用レンズ２１５にほとんど入射しない。この投影用レンズ２１５に入射した光をスクリーン（不図示）などに投影することによりスクリーンに画像を表示することができる。なお、図１３では圧電体素子２１１を縦４個×横５個に配列した光変調デバイス２２０について示したが、この限りではなく、より多数の圧電体素子２１１を配列してもよい。
【００４６】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。例えば、前記液滴吐出ヘッド１０００の圧電型アクチュエータを前記以外の光学デバイスやマイクロアクチュエータなどにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    アクチュエータ基板
２    シリコン酸化膜
３    隔壁層
４    共通電極
５    凹部
５ａ    圧電体素子形成領域
７    圧電体
７ａ    圧電体ゾルゲル液
８    個別電極（対向電極）
８ａ    個別電極ゾルゲル液
９，２０１，２１１    圧電体素子
１０，２０２，２１２    振動板
１１    埋め込みシリコン酸化膜
１２    活性シリコン層
２１    圧力室
２２    圧力室隔壁
３０    ノズル板
３１    ノズル孔
４１    共通インク供給口
４２    流体抵抗部
４３    共通液室
５０    ＳＯＩ基板
５１    シリコン基板
８０，９９    インクカートリッジ
８１    インクタンク
９０    インクジェット記録装置
９１    印字機構部
９２    用紙
９３    給紙カセット
９４    手差しトレイ
９５    排紙トレイ
９６    主ガイドロッド
９７    従ガイドロッド
９８    キャリッジ
１０１    主走査モーター
１０２    駆動プーリ
１０３    従動プーリ
１０４    タイミングベルト
１０５    給紙ローラー
１０６    フリクションパッド
１０７，１１６，１１７    ガイド部材
１０８    搬送ローラー
１０９，１１２    搬送コロ
１１０    先端コロ
１１１    印写受け部材
１１３，１１５    拍車
１１４    排紙ローラー
１１８    回復装置
２００    マイクロポンプ
２０３    流路
２０４    矢印（液体流れ方向）
２０６，２０７，２１６    基板
２１０，２２０    光学デバイス（光変調デバイス）
２１３    光源
２１４，２１５    レンズ
１０００    液滴吐出ヘッド
ｔ    圧力室隔壁厚
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２００２−９３５５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６８９６１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１７９５号公報
【図１】
2010284012.tif 000003
【図２】
2010284012.tif 000004
【図３】
2010284012.tif 000005
【図４】
2010284012.tif 000006
【図５】
2010284012.tif 000007
【図６】
2010284012.tif 000008
【図７】
2010284012.tif 000009
【図８】
2010284012.tif 000010
【図９】
2010284012.tif 000011
【図１０】
2010284012.tif 000012
【図１１】
2010284012.tif 000013
【図１２】
2010284012.tif 000014
【図１３】
2010284012.tif 000015